Senin, 04 Januari 2010

Biologi Molekuler

DNA SEBAGAI BAHAN GENETIK YANG PENTING

Genotipe suatu sel ditentukan oleh informasi genetik yang terkandung dalam kromosom maupun material genetik ekstra kromosom seperti Plasmid dan DNA mitokondria.
Kromosom dan Plasmid terdiri atas banyak Gen. Gen (DNA) merupakan bahan genetik yang menentukan sifat – sifat individu lewat manifestasinya yang berupa molekul – molekul polipeptida / protein.
Protein ini nantinya berperan sejak dari perkembangan embrio (misal, Diferensiasi dan pemb. Organ) sampai pengaturan metabolisme melalui peran enzim, hormon atau protein – protein khusus setelah lahir, dewasa, tua, dan bahkan kematian. Protein khusus misalnya, Hb, Ig
Setiap gen tersusun atas ratusan – ribuan pasang basa Nukleotid yang bervariasai dan mempunyai kombinasi susunan tertentu. Susunan basa ini merupakan susunan kode genetik yang akan diterjemahkan oleh ribosom yang kemudian disusun menjadi asam – asam amino sesuai menjadi satu molekul protein.

Jika satu jenis polipeptida terdiri atas 300 asam amino maka Paling sedikit diperlukan 300 pasang basa.
DNA berperan utama dalam kehidupan organisme, Semua informasi genetik makhluk hidup satu sel / banyak sel didapatkan dalam molekul DNA . Informasi ini diturunkan dari generasi ke generasi, oleh karena itu DNA bertanggung jawab dalam sifat – sifat keturunan.
Pada organisme DNA ini merupakan untaian Ganda (double helix) dan basa – basanya selalu pasangan G – C dan A – T, tetapi pada partikel – partikel virus terdapat beberapa jenis yang mempunyai DNA untaian tunggal.
Tetapi DNA bukan merupakan cetakan langsung untuk pembentukan protein / polipeptida. Untuk ini keterangan genetik (kode genetik) yang ada pada untaian (rantai) DNA harus dipindahkan dahulu kepada molekul perantara = RNA cetakan / RNA pembawa pesan atau RNA messenger (m RNA).
Yang disebut kode genetik adalah urutan 3 pasang basa (basa Triplet) pada rantai satu m RNA.

Selain DNA, molekul lain yang berperan dalam genetik adalah RNA. Dikenal 3 macam RNA yaitu : RNA messenger (RNA pembawa pesan = m RNA), RNA trasisfer (RNA pengirim pesan = t RNA), dan RNA ribosom (RNA penyusun ribosom = r RNA). Masing – masing mempunyai tugas dalam mengekpresikan informasi genetik yang terkandung dalam gen.
STRUKTUR DNA dan RNA
DNA merupakan penyusun utama dari inti (asam inti) yang ditemukan Frederick miescher 1869 (ilmuwan Swioss). Tahun 1920 dengan pewarnaan khusus DNA (Robert Feulgen) menemukan bahwa DNA berada pada kromosom.
DNA dan RNA merupakan polimer dari 4 macam nukleotid, masing – masing nukleotid mengandung kelompok Fosfat, Gula, Basa purin dan Pirimidin.
Jika nukleotid bergabung bersama – sama dalam jumlah yang banyak disebut Polinukleotid.
Komponen gula pada RNA berbeda dengan komponen gula DNA . Gula Pada DNA adalah Deoksiribosa, sedangkan gula pada RNA adalah Ribosa.
Dua purin dan dua pirimidin didapatkan dalam DNA maupun RNA . Dua jenis Purin yaitu Adenin (A) dan Guanin (G) terdapat dalam DNA dan RNA, Pirimidin sitosin (C) terdapat pada DNA dan RNA, sedangkan Pirimidin Timin (T) hanya ada pada DNA yang secara struktur sama dengan pirimidin Urasil (U) yang ada pada RNA.
Dalam penyusunan satu untaian molekul DNA atau RNA bagian gula deoksiribosa / Ribosa berperan sebagai basa - basa Nitrogen melalui atom C, dan atom C-5 dari pentosa yang berikatan dengan gugusan fosfat. Dalam rumus bangun satu nukleotid gugusan fosfat ada pada C-3 dan pada C-5 terdapat gugusan hidroksil. Oleh karena itu dalam untaian molekul DNA yang mempunyai gugusan fosfat disebut ujung 5¬1 dan bagian ujung ujung lain yang mempunyai gugusan –OH disebut 31.
Molekul DNA umumnya berupa untaian nukleotid ganda (kecuali virus), basa G berpasangan dengan C dan A dengan T atau sebaliknya. Pemb. Pasangan ini terjadi dengan ikatan H antara gugus –OH , =0 dan –NH dari basa Guanin, Adenin, Sitosin, maupun Timin. Pembagian pasangan ini disertai dengan gerakan saling melingkari diantara untaian Heliks sehingga Bentuk DNA disebut double Heliks.
Dalam sel molekul DNA membuat lingkaran yang berlipat yang disebut Kromosom, pada eukaryota kromosom ini berenang dalam sitoplasma dan berikatan dengan Histon. Prokaryota terdiri atas satu kromosom dan beberapa lingkaran DNA kecil disebut kromosom ekstra. Kromosom ekstra ini bervariasi dalam ukuran maupun jumlahnya pada setiap organisme. Pada eukaryota kromosom berada dalam inti yang dibungkus membran dan dikelilingi oleh RE.
Adanya ikatan hidrogen menjadikan interaksi hidrofobik antara lengan basa, penting dalam memelihara struktur Double Heliks.
Sekuens aksial pada basa sepanjang satu rantai polinukleotida sangat dipertimbangkan, tetapi pada sekuens rantai lain harus komplementer.
Karena sifat ini urutan basa pada satu rantai, rantai yang lain harus komplementer. Selama DNA duplikasi 2 rantai terpisah dan masing – masing sebagai template untuk sintesia rantai komplementer baru, dengan cara ini molekul DNA double stranded dihasilkan, masing – masing mempunyai susunan molekul yang sama.


THE CENTRAL DOGMA OF MOLECULAR BIOLOGY
- Disimpulkan oleh Francis Crick dengan mengikuti diagram :

Transkripsi --> Translasi --> Replikasi
DNA ---> RNA --> Protein

Diagram menunjukkan bahwa terdapat 3 langkah utama pada aliran informasi genetic dari genom (DNA) :
1. Replikasi molekul DNA dan kemudian merupakan informasi genetic dengan mekanisme templete.
2. Transkripsi, pada proses ini informasi dipindahkan menjadi molekul RNA (pembentukan RNA).
3. Translasi, informasi dari molekul RNA akan diterjemahkan menjadi berbagai komponen protein sel.

KODE GENETIK.
- Kodon : Unit keturunan yang mengandung informasi untuk satu asam amino terdiri dari 3 Nukloetida (Triplet).
- Informasi ini mula-mula ditranskripsi ke dalam mRNA yang mengandung rangkaian basa komplementer DNA yang dikopi.
- Tiga urutan basa pada mRNA menentukan jenis asam amino yang akan dirangkai. oleh karena itu tiga urutan basa mRNA ini dinamakan kodon.
- Kode dibaca dalam group 3 basa, masing-masing triplet mewakili 1 asam amino. 3 merupakan jumlah basa minimum yang diperlukan pada kode untuk 20 asam amino, permutasi memungkinkan pada 4 basa menjadi 43 = 64. Jika kode genetic double maka jumlah kodon 42 = 16. Dan jika group 4 basa yang digunakan, kemungkinan akan lebih banyak 44 = 256.
Panjangnya porsi kode pada gen tergantung pada panjang pesan yang akan ditranslasikan : sebanyak asam amino dalam protein sebagai contoh : rangkaian 1500 Nukloetida mempunyai 500 asam amino yang mengkode protein. Yang mempunyai 500 asam amino pesan dibaca dalam group (3) dari titik awal tertentu.
- Asam amino initial pada protein ditentukan dengan kodon inisiasi tertentu.
- Rangkaian pada triplet menentukan rangakaian asam amino pada protein. Asam amino tidak mengenali dirinya sendiri, dengan memberikan triplet pada mRNA, masing-masing asam amino mula-mula menempel / menggantung pada molekul adaptor yang disebut tRNA. Masing-masing molekul tRNA mempunyai tempat menempel asam amino dan tempat untuk mengenali triplet pada mRNA (antikodon). Masing-masing tRNA mempunyai antikodon (3 nukleotida) yang dapat membentuk pasangan basa dengan kodon komplementer pada mRNA. Translasi pesan kedalam protein terjadi dalam Ribosom.


REPLIKASI DNA
- Model DNA Watson Crick memberi dasar molekul pada 2 sifat utama dari informasi genetic yaitu alat untuk menyimpan informasi dan alat untuk menggandakan.
- Dalam reproduksi sel, pembelahan dimulai dengan pembelahan molekul DNA. Penggandaan molekul DNA disebut replikasi.
- Replikasi DNA dimulai dengan terbukanya molekul lama : terlepasnya ikatan H antara pasangan basa oleh enzim Helikase dan meluruskan kedua belahan molekul oleh enzim Girase.
- Urutan basa yang terbuka pada masing-masing untaian terpisah, berperan sebagai cetakan untuk mengatur pengikatan rangkaian basa komplementer pada untaian yang sedang dibentuk. Untaian baru ini disusun dari Trifosfat Deoksiribonukleotid. Pada saat tiap Nukleotida terikatan pada untaian yang sedang tumbuh ini, fosfat kedua dan ketiga dilepaskan .Enzim yang berperan dalam pengikatan Nukleotid pada untaian ini disebut DNA Polimerase.
- Nukleotid itu tersusun dalam urutan yang komplementer dengan basa pada untaian yang berperan sebagai cetakan (C = G , A = T). Pada akhir proses terbentuk 2 molekul DNA yang identik dengan molekul induk.
TRANSKRIPSI
- Dalam ekspresi genetic, DNA menjadi cetakan yang mensintesis molekul mRNA disebut Transkripsi atau pemindahan berita / kode genetic.
- Caranya adalah replikasi dirinya, hanya basa T digantikan oleh U.
- Transkripsi DNA melalui mRNA terjadi didalam nucleus. Prosesnya dibantu enzim Polimerase RNA. Kode genetic terdiri atas rangkaian 3 basa linier yang muncul untuk semua makhluk hidup beberapa kodon yang berbeda menunjukkan asam amino yang sama. Contoh : Leusin mempunyai 6 kodon : UUA, UUG, CUU, CUC, CUA dan CUG.
- Ada beberapa kodon yang diperlukan untuk menempatkan 20 asam amino menjadi rantaian protein, beberapa kodon harus digunakan sebagai tanda mulai (AUG /GUG) atau berhenti (UAA / UGA / UAG), selama sintesis protein.
- Satu molekul mRNA sering merupakan bentuk untaian benang yang panjang, satu informasi genetic diterjemahkan menjadi 1 mol polipeptida.
- Informasi genetic yang dibawa mRNA dibaca oleh tRNA, setiap satu macam tRNA hanya membawa satu asam amino tertentu.
TRANSLASI
- Translasi mRNA terjadi pada ribosom dan prosesnya berlangsung 3 tahap :
o Permulaan
Pindahnya mRNA ke sitoplasma, ujung 5’ berikatan dengan dua subunit yang lebih kecil dari suatu ribosom. Suatu tRNA inisiator yang mengikatkan diri pada kodon AUG pada ujung 5’ mRNA untuk mengawali setiap pesan. Asam amino yang dibawa tRNA inisiator adalah Methionin. Pada waktu yang sama tRNA menempel pada yang pertama dari 2 tempat subunit ribosom yang lebih besar (50S).
o Tahap Pemanjangan.
Jika pengiktan kedua ditempati oleh tRNA kedua yang membawa asam amino kedalam subunit 50S asam amino sebelumnya (Methionin pada awal translasi) berikatan dengan asam amino yang baru masuk tRNA inisiator dibebaskan dari situsnya dan ribosom menggeser satu kodon ke arah kanan yang menempel pada tempatnya dan hal ini memindahkan tRNA yang paling akhir datangnya ke peptida yang menempel ditempatnya dan menunggu kedatangan tRNA yang lain yang membawa asam amino ketiga untuk peptida yang sedang tumbuh.
o Terminasi
Perpanjangan Nukleotida berlangsung seperti diatas sampai adanya pesan untuk tanda berhenti yaitu kodon UUA / UAG.

NUKLEOTIDA
- Nukleotida adalah Molekul intraselular penting dengan BM rendah yang berperan serta dalam berbagai jenis proses biokimia.
- Peranan Nukleotida purin dan pirimidin sebagai precursor monomer RNA dan DNA.
- Ribonukleotida Purin berfungsi juga dalam system biologi sebagai sumber energi yang tersebar dimana-mana, ATP, sebagai signal pengatur (c AMP dan c GMP) dalam berbagai jenis jaringan dan organisme ; sebagai komponen koenzim FAD, NAD dan NADP yang tersebar luas ; sebagai komponen donor Metil yang penting, S-Adenosil Methionin.
- Nukleotida Pirimidin juga berfungsi : zat antara berenergi tinggi seperti UDP-Glukosa dan UDP-Galaktosa dalam metabolisme karbohidrat dan CDP-Asilgliserol dalam sintesis lipid.
- Berbagai basa Purin dan Pirimidin yang terdapat dalam Nukleotida berasal dari substitusi struktur cincin yang sesuai dari zat induk, Purin dan Pirimidin.

- 3 basa Pirimidin utama yang ditemukan dalam Nukleotida Prokariot dan eukariot adalah Citosin, Timin dan Urasil.
- 2 basa Purin utama dalam makhluk hidup adalah Adenin dan Guanin.
- 2 basa Purin lainnya : Hipoxantin dan Xantin sebagai zat antara dalam metabolisme Adenin dan Guanin.
- Pada manusia basa Purin yang di oksidasi lengkap adalah Asam Urat yang merupakan produk akhir katabolisme Purin.
NUKLEOSIDA DAN NUKLEOTIDA
- Nukleosida tersusun atas basa Purin atau Pirimidin pada mana suatu gula (biasanya D-Ribosa atau 2-Deoksiribosa) melekat dalam pertalian β pada N9 atau N1 masing-masing.
- Ribonukleosida Adenin (Adenosin) terdiri atas Adenin dgn D-Ribosa melekat pada posisi 9.
- Guanosin terdiri atas Guanin dengan D-Ribosa melekat pada posisi 9.
- Citidin adalah Citosin dengan Ribosa melekat pada posisi N1
- Uridin adalah Ribosa yang melekat pada posisi N1 Urasil.

STRUKTUR RIBONUKLEOSIDA :
- 2’-Deoksiribonukleosida terdiri atas 2-Deoksiribosa yang melekat pada basa Purin atau Pirimidin pada posisi sama yang diterangkan diatas.
- Nukleotida adalah Nukleosida yang difosforilasi pada satu atau lebih gugus Hidroksil gula (Ribosa atau Deoksiribosa).
- Adenosin Monofosfat (AMP atau Adenilat) adalah Adenin + Ribosa + Fosfat.
- 2’-Deoksiadenosin Monofosfat (d AMP atau Deoksiadenilat) adalah Adenin + 2-Dioksiribosa + Fosfat.
- Satu-satunya gula yang umum ditemukan melekat pada Urasil adalah Ribosa. Yang melekat pada Timin adalah 2-deoksiribosa. Oleh karena itu :
- Asam Timidilat (TMP) adalah Timin + 2-Deoksiribosa + Fosfat.
- Asam Uridilat (UMP) adalah Urasil + Ribosa + Fosfat.
- DNA adalah Polimer dari asam Timidilat, Asam 2’-Deoksicitidilat, Asam 2’-Deoksiadenilat dan Asam 2’-Deoksiguanilat.
- RNA adalah polimer yang mengandung uridilat, Citidilat, Adenilat dan Guanilat.


TATA NAMA NUKLEOSIDA DAN NUKLEOTIDA
- Posisi fosfat dalam nukleotda ditunjukkan oleh sebuah bilangan.
- Misal : Adenosin 3’ Fosfat adalah Adenosin dengan Fosfat yang melekat pada karbon ke-3 gula Ribosa.
- Tanda petik setelah bilangan diperlukan untuk membedakan posisi gula yang diberi nomor dari posisi basa Purin / Pirimidin yang diberi nomor yang tidak diikuti tanda petik.
- Singkatan A,G,C,T, dan U adalah menamakan Nukleosida sesuai dengan basa Purin / Pirimidin yang dikandungnya : Adenin, Guanin, Citosin, Timin, atau urasil.
- Awalan d ditambahkan jika gula Nukleosida merupakan 2’-Deoksiribosa.

- Umumnya bila fosfat diesterifikasi pada karbon 5 gugus Ribosa / Deoksiribosa, angka awalan yang bertanda petik dihapus.
- Misal : Guanosin 5’ Monofosfat (GMP)
- Bila 2 / 3 fosfat melekat pada gugus gula dalam bentuk Anhidrida asam, singkatan DP (Difosfat) dan TP (Trifosfat) ditambahkan pada singkatan untuk Nukleosida Purin / Pirimidin yang sesuai.
Misal : ATP adalah Adenosin Trifosfat dengan 3 residu fosfat melekat ke 5’ karbon adenosin.
- Karena fosfat dalam bentuk asam Anhidrida maka keadaan Entropi yang rendah adalah fosfat yang berenergi tinggi : berenergi potensial yang tinggi.
- Hidrolisis 1 mol ATP menjadi ADP melepaskan 7 Kkal energi potensial.

NUKLEOTIDA YANG TERDAPAT DI ALAM :
- Nukleotida bebas yang bukan merupakan bagian integral Asam Nukleat juga ditemukan dalam jaringan.
- Banyak yang mempunyai fungsi penting.
DERIVAT ADENOSIN
- ADP /ATP berperan dalam fosforilasi oksidatif.
- ATP merupakan sumber fosfat berenergi tinggi untuk hampir setiap reaksi yang memerlukan energi didalam sel.
- ATP : Nukleotida intrasel yang bebas dan terbanyak.
- c AMP (cyclic AMP ; 3’,5’-Adenosin Monofosfat) adalah derivat penting Adenosin yang terdapat didalam sel binatang.
- c AMP menghantar sederet signal ekstraseluler yang beraneka ragam dan sangat penting untuk fungsi seluruh organisme.
DERIVAT GUANOSIN.
- GDP / GTP berfungsi dalam beberapa system yang memerlukan energi.

DERIVAT URASIL
- Derivat Nukleotida Uridin adalah Koenzim penting dalam reaksi-reaksi yang menyertakan metabolisme Heksosa dan Polimerisasi gula membentuk pati dan gugus oligosakarida Glikoprotein dan Proteoglikan.
- Urasil berperan dalam pembentukan senyawa fosfat berenergi tinggi.
Misal : UTP berperan dalam konversi Galaktosa menjadi Glukosa.
DERIVAT CITOSIN
- CDP / CTP adalah Citidin (citosin-Ribosa) Di / Trifosfat
- CTP adalah precursor untuk polimerisaso CMP menjadi Asam Nukleat.

1 komentar: